SSL编程- 简单函数介绍

来源：互联网发布：mac os 光盘镜像编辑：程序博客网时间：2024/05/16 01:16

SSL编程

OpenSSL是一个开放源代码的SSL协议的产品实现，它采用C语言作为开发语言，具备了跨系统的性能。调用OpenSSL的函数就可以实现一个SSL加密的安全数据传输通道，从而保护客户端和服务器之间数据的安全。

头文件：
#include <openssl/ssl.h>
#include <openssl/err.h>

基于OpenSSL的程序都要遵循以下几个步骤：

(1 ) OpenSSL初始化

在使用OpenSSL之前，必须进行相应的协议初始化工作，这可以通过下面的函数实现：

int SSL_library_int(void);

(2 ) 选择会话协议

在利用OpenSSL开始SSL会话之前，需要为客户端和服务器制定本次会话采用的协议，目前能够使用的协议包括TLSv1.0、SSLv2、SSLv3、SSLv2/v3。

需要注意的是，客户端和服务器必须使用相互兼容的协议，否则SSL会话将无法正常进行。

(3 ) 创建会话环境

在OpenSSL中创建的SSL会话环境称为CTX，使用不同的协议会话，其环境也不一样的。

申请SSL会话环境的OpenSSL函数是：

SSL_CTX *SSL_CTX_new(SSL_METHOD * method);

当SSL会话环境申请成功后，还要根据实际的需要设置CTX的属性，通常的设置是指定SSL握手阶段证书的验证方式和加载自己的证书。

制定证书验证方式的函数是：

int SSL_CTX_set_verify(SSL_CTX *ctx,int mode,int(*verify_callback),int(X509_STORE_CTX *));

为SSL会话环境加载CA证书的函数是：

SSL_CTX_load_verify_location(SSL_CTX *ctx,const char *Cafile,const char *Capath);

为SSL会话加载用户证书的函数是：

SSL_CTX_use_certificate_file(SSL_CTX *ctx, const char *file,int type);

为SSL会话加载用户私钥的函数是：

SSL_CTX_use_PrivateKey_file(SSL_CTX *ctx,const char* file,int type);

在将证书和私钥加载到SSL会话环境之后，就可以调用下面的函数来验证私钥和证书是否相符：

int SSL_CTX_check_private_key(SSL_CTX *ctx);

(4) 建立SSL套接字

SSL套接字是建立在普通的TCP套接字基础之上，在建立SSL套接字时可以使用下面的一些函数：

SSL *SSl_new(SSL_CTX *ctx);

//申请一个SSL套接字

int SSL_set_fd(SSL *ssl,int fd);)

//绑定读写套接字

int SSL_set_rfd(SSL *ssl,int fd);

//绑定只读套接字

int SSL_set_wfd(SSL *ssl,int fd);

//绑定只写套接字

(5) 完成SSL握手

在成功创建SSL套接字后，客户端应使用函数SSL_connect( )替代传统的函数connect( )来完成握手过程:

int SSL_connect(SSL *ssl);

而对服务器来讲，则应使用函数SSL_ accept ( )替代传统的函数accept ( )来完成握手过程:

int SSL_accept(SSL *ssl);

握手过程完成之后，通常需要询问通信双方的证书信息，以便进行相应的验证，这可以借助于下面的函数来实现:

X509 *SSL_get_peer_certificate(SSL *ssl);

该函数可以从SSL套接字中提取对方的证书信息，这些信息已经被SSL验证过了。

X509_NAME *X509_get_subject_name(X509 *a);

该函数得到证书所用者的名字。

(6) 进行数据传输

当SSL握手完成之后，就可以进行安全的数据传输了，在数据传输阶段，需要使用SSL_read( )和SSL_write( )来替代传统的read( )和write( )函数，来完成对套接字的读写操作：

int SSL_read(SSL *ssl,void *buf,int num);

int SSL_write(SSL *ssl,const void *buf,int num);

(7 ) 结束SSL通信

当客户端和服务器之间的数据通信完成之后，调用下面的函数来释放已经申请的SSL资源：

int SSL_shutdown(SSL *ssl);

//关闭SSL套接字

void SSl_free(SSL *ssl);

//释放SSL套接字

void SSL_CTX_free(SSL_CTX *ctx);

//释放SSL会话环境

Openssl应用编程框架：

1.客户端程序的框架为:

[cpp] view plain copy

meth = SSLv23_client_method();
ctx = SSL_CTX_new (meth);
ssl = SSL_new(ctx);
fd = socket();
connect();
SSL_set_fd(ssl,fd);
SSL_connect(ssl);
SSL_write(ssl,"Hello world",strlen("Hello World!"));

2.服务端程序的框架为:

[cpp] view plain copy

meth = SSLv23_server_method();
ctx = SSL_CTX_new (meth);
ssl = SSL_new(ctx);
fd = socket();
bind();
listen();
accept();
SSL_set_fd(ssl,fd);
SSL_connect(ssl);
SSL_read (ssl, buf, sizeof(buf));

对程序来说,openssl将整个握手过程用一对函数体现,即客户端的SSL_connect和服务端的SSL_accept.而后的应用层数据交换则用SSL_read和 SSL_write来完成

Linux下基于OpenSSL的SSL安全通信设计

本程序可以自由使用，请遵守GPL规范。
OpenSSL中的SSL安全通信可以分为两类，两类基本上的操作相同，一类是建立SSL环境后使用BIO读写，另一类是直接在socket上建立SSL上下文环境。本文主要讨论在socket上建立SSL环境，以实现安全通信。首先需要生成一对客户机和服务器证书，这可以使用openssl的命令实现。使用赵春平前辈的OpenSSL编程一书中建立SSL测试环境的命令，可以建立一个模拟的CA，生成数字证书。如下：
1、建立自己的CA
在OpenSSL的安装目录下的misc目录下，运行脚本sudo ./CA.sh -newCA。运行完后会生成一个demoCA的目录，里面存放了CA的证书和私钥。
2、生成客户端和服务器证书申请
openssl req -newkey rsa:1204 -out req1.pem -keyout sslclientkey.pem
openssl req -newkey rsa:1204 -out req2.pem -keyout sslserverkey.pem
3、签发客户端和服务器证书
openssl ca -in req1.pem -out sslclientcert.pem
openssl ca -in req2.pem -out sslservercert.pem

然后就可以使用OpenSSL的开源库实现SSL安全通信，本文设计了两种模式的通信，一种是没有建立SSL环境的TCP，另一种是建立了SSL环境的TCP，之后可以使用Linux下的嗅探软件wireshark嗅探出两种模式下的数据包，比较不同。程序设计参考了周立发老师的程序。

下面首先是服务器端的程序：

[cpp] view plain copy

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <netdb.h>
#include <resolv.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/wait.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <openssl/bio.h>
#include <openssl/err.h>
#include <openssl/ssl.h>
#include "tcp_video.h"
#define MAXSIZE 1024 //每次最大数据传输量
#define PKEY_FILE "sslserverkey.pem"
#define CERT_FILE "sslservercert.pem"
int main()
{
int sockfd,client_fd;
socklen_t len;
SSL_CTX *ctx;
char serverbuf[MAXSIZE];
ERR_load_BIO_strings();
SSL_library_init();
OpenSSL_add_all_algorithms();
SSL_load_error_strings();
ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_server_method());
if (ctx == NULL)
{
ERR_print_errors_fp(stdout);
exit(1);
}
if (!SSL_CTX_use_certificate_file(ctx, CERT_FILE, SSL_FILETYPE_PEM))
{
ERR_print_errors_fp(stdout);
exit(1);
}
if (!SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx, PKEY_FILE, SSL_FILETYPE_PEM) )
{
ERR_print_errors_fp(stdout);
exit(1);
}
if (!SSL_CTX_check_private_key(ctx))
{
ERR_print_errors_fp(stdout);
exit(1);
}
int chose=0;
signal(SIGPIPE,SIG_IGN);
tcpserver_init(&sockfd);
while(1)
{
printf("Please Chose Channel No.:\n");
printf("1.:SSL Protocol Channel\n");
printf("2.:TCP Protocol Channel\n");
scanf("%d",&chose);
if(chose==1)
{
SSL *ssl;
tcp_accept(sockfd,&client_fd);
ssl = SSL_new(ctx);
SSL_set_fd(ssl, client_fd);
if (SSL_accept(ssl) == -1)
{
perror("accept");
close(client_fd);
break;
}
// 接收消息
bzero(serverbuf, MAXSIZE);
len = SSL_read(ssl,serverbuf, MAXSIZE);
if (len > 0)
printf("接收消息成功:'%s'，共%d个字节的数据\n",serverbuf, len);
else
printf("消息接收失败！错误代码是%d，错误信息是'%s'\n",errno, strerror(errno));
SSL_shutdown(ssl);
SSL_free(ssl);
close(client_fd);
}
else if(chose==2)
{
tcp_accept(sockfd,&client_fd);
len=recv(client_fd,serverbuf, MAXSIZE,0);
if (len > 0)
printf("接收消息成功:'%s'，共%d个字节的数据\n",serverbuf, len);
else
printf("消息接收失败！错误代码是%d，错误信息是'%s'\n",errno, strerror(errno));
close(client_fd);
}
chose=0;
}
close(sockfd);
SSL_CTX_free(ctx);
return 0;
}//main

再次是客户端的程序

[cpp] view plain copy

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <netdb.h>
#include <resolv.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/wait.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <openssl/bio.h>
#include <openssl/err.h>
#include <openssl/ssl.h>
#include "tcp_video.h"
#define MAXSIZE 1024 //每次最大数据传输量
void ShowCerts(SSL * ssl)
{
X509 *cert;
char *line;
cert = SSL_get_peer_certificate(ssl);
if (cert != NULL)
{
printf("数字证书信息:\n");
line = X509_NAME_oneline(X509_get_subject_name(cert), 0, 0);
printf("证书: %s\n", line);
free(line);
line = X509_NAME_oneline(X509_get_issuer_name(cert), 0, 0);
printf("颁发者: %s\n", line);
free(line);
X509_free(cert);
}
else
printf("无证书信息！\n");
}
int main()
{
char *hostname="127.0.0.1";
int sockfd, len;
char clientbuf[MAXSIZE];
struct hostent *host;//gethostbyname函数的参数返回
struct sockaddr_in serv_addr;
SSL_CTX *ctx;
SSL *ssl;
SSL_library_init();
OpenSSL_add_all_algorithms();
SSL_load_error_strings();
ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_client_method());
if (ctx == NULL)
{
ERR_print_errors_fp(stdout);
exit(1);
}
int chose=0;
printf("Please Chose Channel No.:\n");
printf("1.:SSL Protocol Channel\n");
printf("2.:TCP Protocol Channel\n");
scanf("%d",&chose);
serv_addr=tcpclient_init(&sockfd);
if(chose==1)
{
tcp_connect(&sockfd,serv_addr);
ssl = SSL_new(ctx);
SSL_set_fd(ssl, sockfd);
if (SSL_connect(ssl) == -1)
ERR_print_errors_fp(stderr);
else
{
printf("Connected with %s encryption\n", SSL_get_cipher(ssl));
ShowCerts(ssl);
}
bzero(clientbuf, MAXSIZE);
strcpy(clientbuf, "id:am3517&pw:am3517\n");
len = SSL_write(ssl, clientbuf, strlen(clientbuf));
if (len < 0)
printf("消息'%s'发送失败！错误代码是%d，错误信息是'%s'\n",clientbuf, errno, strerror(errno));
else
printf("消息'%s'发送成功，共发送了%d个字节！\n",clientbuf, len);
SSL_shutdown(ssl);
SSL_free(ssl);
}
else if(chose==2)
{
tcp_connect(&sockfd,serv_addr);
bzero(clientbuf, MAXSIZE);
strcpy(clientbuf, "id:am3517&pw:am3517\n");
len = send(sockfd, clientbuf, strlen(clientbuf),0);
if (len < 0)
printf("消息'%s'发送失败！错误代码是%d，错误信息是'%s'\n",clientbuf, errno, strerror(errno));
else
printf("消息'%s'发送成功，共发送了%d个字节！\n",clientbuf, len);
}
close(sockfd);
SSL_CTX_free(ctx);
return 0;
}

编译是需要OpenSSL库的支持，怎么安装OpenSSL在这里就不说了，网上有很多例子，另外在Ubuntu系统下可以直接使用新力得软件包安装。编辑时需要加 -lssl 选项，另外如果要调试，需要加 -g选项。
另外，程序中使用的tcp连接的函数，可以使用下面的函数，本系统使用端口7838。

[cpp] view plain copy

void tcpserver_init(int *sockfd)
{
socklen_t len;
struct sockaddr_in my_addr;
unsigned int myport, lisnum;
myport = 7838;
lisnum = 1;
if ((*sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
{
perror("socket");
exit(1);
}
else
printf("socket created\n");
bzero(&my_addr, sizeof(my_addr));
my_addr.sin_family = PF_INET;
my_addr.sin_port = htons(myport);
my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
if(bind(*sockfd, (struct sockaddr *) &my_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1)
{
perror("bind");
exit(1);
}
else
printf("binded\n");
if (listen(*sockfd, lisnum) == -1)
{
perror("listen");
exit(1);
}
else
printf("begin listen\n");
}
void tcp_accept(int sockfd,int *new_fd)
{
struct sockaddr_in their_addr;
socklen_t len;
len = sizeof(struct sockaddr);
if ((*new_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&their_addr, &len)) == -1)
{
perror("accept");
exit(errno);
}
else
printf("server: got connection from %s, port %d, socket %d\n",inet_ntoa(their_addr.sin_addr), ntohs(their_addr.sin_port), *new_fd);
int flags;
flags = fcntl (sockfd, F_GETFL);
if (flags & O_NONBLOCK)
{
//fcntl (sockfd, F_SETFL, flags-O_NONBLOCK);
fcntl(sockfd,F_SETFL,flags&(~O_NONBLOCK));
}
}
struct sockaddr_in tcpclient_init(int *sockfd)
{
int len;
struct sockaddr_in dest;
char parainfo[3][20];
printf("input server IP:\n");
scanf("%s",parainfo[0]);
printf("input server port:\n");
scanf("%s",parainfo[1]);
if((*sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
{
perror("Socket");
exit(errno);
}
printf("socket created\n");
bzero(&dest, sizeof(dest));
dest.sin_family = AF_INET;
dest.sin_port = htons(atoi(parainfo[1]));
if (inet_aton(parainfo[0], (struct in_addr *) &dest.sin_addr.s_addr) == 0)
{
perror(parainfo[0]);
exit(errno);
}
printf("address created\n");
return dest;
}
void tcp_connect(int *sockfd,struct sockaddr_in dest)
{
if (connect(*sockfd, (struct sockaddr *) &dest, sizeof(dest)) != 0)
{
perror("Connect ");
exit(errno);
}
printf("server connected\n");
int flags;
flags = fcntl (sockfd, F_GETFL);
if (flags & O_NONBLOCK)
{
//fcntl (sockfd, F_SETFL, flags-O_NONBLOCK);
fcntl(sockfd,F_SETFL,flags&(~O_NONBLOCK));
}
}

###########################################################################

服务器端源代码如下：

[cpp] view plain copy

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <openssl/ssl.h>
#include <openssl/err.h>
#define MAXBUF 1024
int main(int argc, char **argv)
{
int sockfd, new_fd;
socklen_t len;
struct sockaddr_in my_addr, their_addr;
unsigned int myport, lisnum;
char buf[MAXBUF + 1];
SSL_CTX *ctx;
if (argv[1])
myport = atoi(argv[1]);
else
myport = 7838;
if (argv[2])
lisnum = atoi(argv[2]);
else
lisnum = 2;
SSL_library_init();
OpenSSL_add_all_algorithms();
SSL_load_error_strings();
ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_server_method());
if (ctx == NULL) {
ERR_print_errors_fp(stdout);
exit(1);
}
if (SSL_CTX_use_certificate_file(ctx, argv[4], SSL_FILETYPE_PEM) <= 0) {
ERR_print_errors_fp(stdout);
exit(1);
}
if (SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx, argv[5], SSL_FILETYPE_PEM) <= 0) {
ERR_print_errors_fp(stdout);
exit(1);
}
if (!SSL_CTX_check_private_key(ctx)) {
ERR_print_errors_fp(stdout);
exit(1);
}
if ((sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {
perror("socket");
exit(1);
} else
printf("socket created\n");
bzero(&my_addr, sizeof(my_addr));
my_addr.sin_family = PF_INET;
my_addr.sin_port = htons(myport);
if (argv[3])
my_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[3]);
else
my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
if (bind(sockfd, (struct sockaddr *) &my_addr, sizeof(struct sockaddr))== -1) {
perror("bind");
exit(1);
} else
printf("binded\n");
if (listen(sockfd, lisnum) == -1) {
perror("listen");
exit(1);
} else
printf("begin listen\n");
while (1) {
SSL *ssl;
len = sizeof(struct sockaddr);
if ((new_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *) &their_addr, &len)) == -1) {
perror("accept");
exit(errno);
} else
printf("server: got connection from %s, port %d, socket %d\n",inet_ntoa(their_addr.sin_addr),ntohs(their_addr.sin_port), new_fd);
ssl = SSL_new(ctx);
SSL_set_fd(ssl, new_fd);
if (SSL_accept(ssl) == -1) {
perror("accept");
close(new_fd);
break;
}
bzero(buf, MAXBUF + 1);
strcpy(buf, "server->client");
len = SSL_write(ssl, buf, strlen(buf));
if (len <= 0) {
printf("消息'%s'发送失败！错误代码是%d，错误信息是'%s'\n",buf, errno, strerror(errno));
goto finish;
} else
printf("消息'%s'发送成功，共发送了%d个字节！\n",buf, len);
bzero(buf, MAXBUF + 1);
len = SSL_read(ssl, buf, MAXBUF);
if (len > 0)
printf("接收消息成功:'%s'，共%d个字节的数据\n",buf, len);
else
printf("消息接收失败！错误代码是%d，错误信息是'%s'\n",errno, strerror(errno));
finish:
SSL_shutdown(ssl);
SSL_free(ssl);
close(new_fd);
}
close(sockfd);
SSL_CTX_free(ctx);
return 0;
}

客户端源代码如下：

[cpp] view plain copy

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>
#include <resolv.h>
#include <stdlib.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <openssl/ssl.h>
#include <openssl/err.h>
#define MAXBUF 1024
void ShowCerts(SSL * ssl)
{
X509 *cert;
char *line;
cert = SSL_get_peer_certificate(ssl);
if (cert != NULL) {
printf("数字证书信息:\n");
line = X509_NAME_oneline(X509_get_subject_name(cert), 0, 0);
printf("证书: %s\n", line);
free(line);
line = X509_NAME_oneline(X509_get_issuer_name(cert), 0, 0);
printf("颁发者: %s\n", line);
free(line);
X509_free(cert);
} else
printf("无证书信息！\n");
}
int main(int argc, char **argv)
{
int sockfd, len;
struct sockaddr_in dest;
char buffer[MAXBUF + 1];
SSL_CTX *ctx;
SSL *ssl;
if (argc != 3) {
printf
("参数格式错误！正确用法如下：\n\t\t%s IP地址端口\n\t比如:\t%s 127.0.0.1 80\n此程序用来从某个 IP 地址的服务器某个端口接收最多 MAXBUF 个字节的消息",argv[0], argv[0]);
exit(0);
}
SSL_library_init();
OpenSSL_add_all_algorithms();
SSL_load_error_strings();
ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_client_method());
if (ctx == NULL) {
ERR_print_errors_fp(stdout);
exit(1);
}
if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
perror("Socket");
exit(errno);
}
printf("socket created\n");
bzero(&dest, sizeof(dest));
dest.sin_family = AF_INET;
dest.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
if (inet_aton(argv[1], (struct in_addr *) &dest.sin_addr.s_addr) == 0) {
perror(argv[1]);
exit(errno);
}
printf("address created\n");
if (connect(sockfd, (struct sockaddr *) &dest, sizeof(dest)) != 0) {
perror("Connect ");
exit(errno);
}
printf("server connected\n");
ssl = SSL_new(ctx);
SSL_set_fd(ssl, sockfd);
if (SSL_connect(ssl) == -1)
ERR_print_errors_fp(stderr);
else {
printf("Connected with %s encryption\n", SSL_get_cipher(ssl));
ShowCerts(ssl);
}
bzero(buffer, MAXBUF + 1);
len = SSL_read(ssl, buffer, MAXBUF);
if (len > 0)
printf("接收消息成功:'%s'，共%d个字节的数据\n",buffer, len);
else {
printf
("消息接收失败！错误代码是%d，错误信息是'%s'\n",errno, strerror(errno));
goto finish;
}
bzero(buffer, MAXBUF + 1);
strcpy(buffer, "from client->server");
len = SSL_write(ssl, buffer, strlen(buffer));
if (len < 0)
printf("消息'%s'发送失败！错误代码是%d，错误信息是'%s'\n",buffer, errno, strerror(errno));
else
printf("消息'%s'发送成功，共发送了%d个字节！\n",buffer, len);
finish:
SSL_shutdown(ssl);
SSL_free(ssl);
close(sockfd);
SSL_CTX_free(ctx);
return 0;
}

编译程序用下列命令：
gcc -Wall ssl-client.c -o client
gcc -Wall ssl-server.c -o server

运行程序用如下命令：
./server 7838 1 cacert.pem privkey.pem
./client 127.0.0.1 7838

用下面这两个命令产生上述cacert.pem和privkey.pem文件：
openssl genrsa -out privkey.pem 2048
openssl req -new -x509 -key privkey.pem -out cacert.pem -days 1095

具体请参考 “OpenSSL体系下使用密钥数字证书等”

如果想对SSL有更深入的了解，请学习计算机安全相关的内容，尤其是非对称加密技术。
如果想对SSL库的源代码有深入学习，请去 www.openssl.org下载源码来阅读。

0 0